对GaN单晶力学性能的研究有助于解决其在生长、加工和器件应用中的开裂问题。本文围绕掺杂对GaN单晶力学性能的影响，通过纳米压痕法测试了不同掺杂类型(非掺、Si掺和Fe掺)GaN单晶的弹性模量和硬度，测试结果表明掺杂对GaN单晶的硬度有重要影响。Si掺、Fe掺GaN较非掺样品硬度有所提升，用重掺杂的氨热GaN单晶作为对照，也证明了这一结论。通过高分辨X射线衍射分析和原子力显微镜表征实验发现，晶体结晶质量、接触面积等因素对GaN单晶硬度的影响较小。对GaN表面纳米压痕滑移带长度和晶体晶格常数进行测试，结果表明，掺杂影响GaN单晶硬度的主要原因是缺陷对GaN位错增殖、滑移的阻碍作用和掺杂引起的GaN晶格常数的变化。

极化效应会导致GaN基发光器件的效率降低, 因此关于非极性和半极性GaN单晶的研究受到了广泛关注。为了进一步探究不同极性GaN的发光特性和杂质掺入的内在机理, 本文利用钠助熔剂法侧向生长出的不同极性面的GaN单晶作为研究对象, 对比了不同极性面的光学性质及杂质掺入特点, 讨论了黄光带(YL)峰的起源及其影响因素。首先利用阴极荧光(CL)、光致发光(PL)对液相外延(LPE)法生长的不同极性方向的GaN的光学性质进行了研究。结果表明, 不同的生长极性面会显露出不同的光学特性。朝着侧向生长的 ［1122］ 和 ［1120］ GaN的CL和PL特性相似, 但与 ［0001］ GaN的光谱有较大差异。PL杂质峰包含两个肩峰peak 1(2.2 eV)和peak 2 (2.6 eV), 在不同极性面中强度占比各不相同, 推测分别与CNON和CN缺陷的0/+能级的跃迁有关。通过SIMS元素分析, C元素分布较为均匀, O元素分布存在较大差异, 在［1122］区域沿着生长方向O含量逐渐增加, 结合PL中2.2 eV处峰的强度增加, 进一步证明了2.2 eV处的峰强与O含量存在正相关性。

对流层内，环境温度随海拔高度的升高而降低。为了补偿温度变化对成像质量的影响，设计了主动调焦式航空相机物镜：f=400 mm、视场角2ω=10° 、F数为8、波段460～750 nm、总长380 mm、后截距150 mm；该物镜在常温常压下，调制传递函数(MTF)fMT≥0.52（70 lp/mm），接近衍射极限；各视场弥散斑均方根(RMS)直径大小约3.6 μm；该相机包括一调焦组，移动范围为±5 mm，调焦组每移动0.1 mm，焦平面约移动0.026 mm。针对设计结果，随后进行了温度水平分析和温度梯度仿真。对于温度水平分析，在-60 ℃～+60 ℃下进行了稳态调焦分析，分析结果表明经调焦组主动调焦后，物镜成像质量与常温下相差不多，可成清晰像；于此同时，相机可在调焦完成后，在温度宽度为±16 ℃的范围内保证像质。对于温度梯度仿真，人为地对各透镜单独设定温度场得到20 ℃轴向、径向温度梯度，有限元仿真及相应的计算结果表明，经主动式温度调焦后，在温度梯度情况下，相机物镜依然保证成像清晰。

利用调制传递函数对动态成像质量做出评价，确立合理的稳定系统性能指标，是航空相机设计过程中需要解决的重要问题.基于线性光学系统的传递函数理论，针对匀速运动、加速运动和正弦运动等几种动态成像条件进行了定量分析，建立了像移量和动态成像质量之间的联系.针对低频正弦运动，提出了一种基于离散相位区间的动态调制传递函数计算方法.分析结果表明，在像模糊斑大小均为0.5个像元的情况下，高频正弦运动、直线运动和低频正弦运动的动态调制传递函数分别可以达到0.85、0.9和0.998，此时可以获得较理想的动态图像.据此得出了高频振动对像质的破坏最严重，直线运动次之，低频正弦运动最轻的结论.根据分析，可以针对特定的动态成像条件计算相应的调制传递函数，为航空相机系统的综合像质评价和视轴稳定系统设计提供了准确的定量参考.

为了补偿航空相机在高空中由于气压、温度等环境变化引起的离焦, 本文设计了一个基于光电自准直方法的航空相机自动检调焦系统。利用相机内部高对比度光栅进行调焦, 有效避免了基于图像处理的调焦系统在目标物对比度较低时调焦失败的情况。采用物方光栅、像方光栅和反射镜摆扫的方式对光强信号进行调制, 利于信号的分析处理；采用粗/精结合的遍历搜索策略进行检调焦, 保证了结果的准确性。实验结果证明：整个调焦过程在20s 之内完成, 具有较好的快速性；重复定位精度小于1/2 焦深, 满足航空相机成像要求。

研究利用光谱散射特性预测牛肉的pH值、 嫩度和颜色。 使用高光谱成像系统, 获取400～1 100 nm波长范围内新鲜牛肉表面的高光谱散射图像, 预测牛肉的品质参数。 提取高光谱图像在400～1 100 nm波长范围内的散射特征, 利用洛伦兹分布函数, 拟合各个波长处的散射曲线, 获取不同波长散射曲线的洛伦兹函数参数。 使用逐步回归方法, 选择优化波长及其相应的拟合参数, 建立多元线性回归模型预测牛肉的品质参数, 使用全交叉验证方法评价模型性能。 对嫩度的预测相关系数达到0.86, 预测标准差为11.7 N, 分级准确率达到91%； pH值的预测相关系数为0.86, 预测标准差为0.07； 对颜色参数L*, a*, b*的预测相关系数分别达到0.92, 0.90和0.88, 预测标准差分别为0.90, 1.34和0.41。 研究结果表明, 利用光谱散射特征可以较好的预测牛肉的品质参数。

利用高光谱扫描技术对小麦叶片进行无损检测试验, 探索精确测定小麦叶绿素含量的方法, 为农作物生长状况、 植物病理诊断等提供科学依据。 研究选取90个样本作为校正集, 30个样本作为预测集, 获取叶片的高光谱反射图像, 同时用传统的分光光度计方法测定其叶绿素含量。 选取波长491～887 nm范围光谱, 用多元散射校正、 一阶导数、 二阶导数3种方法处理, 利用偏最小二乘法和逐步线性回归法分别建立了小麦叶片叶绿素含量与光谱信号间的数学模型。 研究发现多元散射校正(MSC)结合二阶导数光谱的多元线性回归(SMLR)模型的效果较优, 模型校正集和预测集决定系数分别为0.82和0.79, 校正均方根误差和预测均方根误差分别为0.69和0.71。 研究结果表明可以利用高光谱扫描技术检测小麦叶片叶绿素含量

步进分幅式成像是提高传统面阵CCD 航空相机工作覆盖范围的重要方法。本文介绍了一种简易结构的步进分幅式航空相机。相机采用步进电机开环控制实现摆扫过程，适用于对体积和重量要求严格的场合。文中着重介绍了一种基于正矢函数的高阶平滑步进电机运动曲线的设计及其在DSP 平台上的实现方法。实验表明，该运动控制方式有效地抑制了冲击和振动，避免了步进电机的丢步，重复性定位精度优于10″。系统结构简单，成本低，满足分幅式航空相机的要求。

环境温度动态变化时，物镜系统内部出现的温度梯度会导致镜片的折射率、厚度、曲率半径等参数出现非均匀变化，从而造成像质的下降。通过采用合理的温控方案，可以有效地减小物镜温度梯度以改善像质。本文利用光机热集成分析方法，针对一套完整航空相机物镜系统给定的动态温度环境，仿真了航空相机在飞机升空过程中物镜的温度场分布，并据此设计了温度控制方案，提取了相应的物镜面形。利用物镜面形的Zernike 系数，得到了物镜系统的MTF 以实现动态温度条件下的像质评价。结果表明，设计的温控方案可以有效地减小物镜系统径向和轴向的温度梯度，从而改善物镜性能以满足高分辨成像的要求。